KR20090018470A - Integrated energy harvest-storage device of thin film type - Google Patents

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KR20090018470A
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KR20070082932A
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강만구
김종대
박강호
이성규
이영기
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한국전자통신연구원
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Abstract

An integrated energy generation-storage device is provided to miniaturize the size in a range from centimeter to micrometer, to obtain various types such as lamination type, parallel connected type or array type, and to be usable as a self-charging power device for a semi-permanent embedded type device. An integrated energy generation-storage device comprises an energy generation device(100) and an energy storage device(200). The energy generation device comprises a piezoelectric device(110) and direct current conversion circuit(120). The piezoelectric device comprises piezoelectric(112) and electrodes(114a,114b) connected to the piezoelectric.

Description

박막형의 에너지 발전-저장 소자{Integrated energy harvest-storage device of thin film type} Development of thin-film energy-storage device {Integrated energy harvest-storage device of thin film type}

본 발명은 마이크로 에너지 소자에 관한 것으로, 특히 박막형 에너지 발전-저장 소자에 관한 것이다. The present invention relates to a micro-energy device, especially film-like power generating relates to a storage device.

본 발명은 정보통신부의 IT신성장동력핵심기술개발사업의 일환으로 수행한 연구로부터 도출된 것이다[과제관리번호: 2006-S-006-02, 과제명: 유비쿼터스 단말용 부품 모듈]. The present invention has been derived from a research undertaken as a part of IT New Growth Engine core technology development project of Ministry of Information and Communication [Problem Management Number: 2006-S-006-02, Project title: component module for ubiquitous terminal.

에너지 발전 소자(일명 에너지 하베스트 소자)는 일반적으로 음파, 초음파 또는 전자기파 등을 이용하여 압전체에 진동, 구부러짐, 수축, 신장 등을 유발하여 압전체 내에 교류 전압을 형성하고 이것을 전류로 방출하는 원리를 사용한다(참조특허, 한국등록특허 10-0536919; 10-0554874; 10-0561728). Power generation device (also known as energy harvesting devices) are typically caused by a sound wave, vibration in the piezoelectric body using ultrasonic or electromagnetic waves, such as bending, shrinkage, elongation, etc., use of the principles for forming the alternating voltage in the piezoelectric body, and release it to the current (see JP, Korea Patent registration 10-0536919; 10-0554874; 10-0561728). 그러나 현재 사용하는 압전재료의 에너지 변환 효율이 낮고 크기가 매우 커서, 공기압 모니터링 시스템이나 기능성 신발과 같은 분야에는 응용될 수 있으나 초소형 센서나 바이오 소자 등에는 응용이 제한적이다. However, a low energy conversion efficiency of the piezoelectric material currently used size is so large, there may be applications, such as air pressure monitoring system or functional shoes, but very small sensors or bio-devices, etc., the application is limited. 또한, 저장의 기능이 없이 단순히 전기에너지를 생성만 하기 때문에 순간 고출력을 요하거나 상시 안정적인 전원을 공급해야하는 응용분야 는 적용이 제한되어 왔다. In addition, applications must require instant high power or reliable power supply at all times because they simply generate electrical energy without the function of storage has been subject to restrictions.

최근 마이크로전자(microelectronics) 산업이 급속히 발전함에 따라 전기 및 기계 부품 등을 극소형으로 일체화하여 제조한 초소형 정밀 기계 부품 소자(microelectromechanical system, MEMS)들에 대한 관심이 집중되고 있다. As the recent microelectronic (microelectronics) industry is developing rapidly has become the focus of interest for ultra precision machine parts device manufactured by integrating the electrical and mechanical components in very small (microelectromechanical system, MEMS). MEMS 소자는 각종 정보기록소자, 소형 센서, 의료용 기기 등에 적용이 기대되고 있으며, 21세기의 새로운 산업분야로 각광 받고 있다. MEMS device may be applied are expected for various information storage devices, miniature sensors, medical devices, is spotlighted as new industries in the 21st century. 그러나 MEMS 소자의 경우 그 크기가 매우 작기 때문에 리튬 이온 전지(lithium-ion battery, LIB)와 같은 기존의 벌크형 전원 소자를 사용하기 힘든 문제점이 있다. However, in the case of MEMS devices because of its size it is very small, a difficult problem to use a traditional bulk power element such as a lithium ion battery (lithium-ion battery, LIB). 따라서 극소형 전지(microbattery)의 개발이 MEMS 소자를 실용화하는데 있어 핵심요소로 주목 받고 있다. Therefore, the development of a very small cell (microbattery) got in practical use a MEMS device has attracted attention as a core element.

이와 같은 극소형의 전지는 기존의 LIB 전지 제작에 사용되어온 후막(thick film)법으로는 제조가 힘들며 박막(thin film)공정을 사용해야 하므로 일반적으로 박막전지(thin film battery)라 불린다. The battery of the same is very small as a thick film (thick film) method which has been used in conventional LIB battery manufactured so use a thin film (thin film) The manufacturing process difficult commonly referred to as a thin film battery (thin film battery). 박막전지에 대한 연구는 90년대 초부터 Oak Ridge National Laboratory(미국)의 Bates 그룹에 의해 본격적으로 시작되었다(참조특허, 한국등록특허 10-1998-0022956; 10-2005-0001542; 미국등록특허 6,818,356B1; 5,338,625). Study on the thin film battery was started in earnest by the Bates Group from the early 1990s, Oak Ridge National Laboratory (USA) (see JP, Korea Patent 10-1998-0022956; 10-2005-0001542; US Patent 6,818,356B1 ; 5,338,625). 그러나 이러한 박막전지는 전극의 두께가 수 ㎛ 수준으로 그리고 면적이 1㎝ 2 수준으로 대폭 감소하면 용량이 mAh 수준으로 낮아져 저장할 수 있는 에너지의 양이 대폭 줄어드는 문제점이 있다. However, such a thin film battery has the amount of energy that can be stored as a low level to be ㎛ and area of the 1㎝ mAh capacity level if significant reduction in two-level thickness of the electrode decrease significantly the problem. 특히 충전방식의 박막전지인 경우 저장에너지의 감소로 충전을 자주 반복해 주어야 하는 문제점이 발생할 수 있다. In particular it can cause problems that need to be frequently repeated the charge with the reduction of stored energy when the thin-film battery charging system. 따라서 비싼 제조단가에 비해 낮은 에너지밀도 인해 박막전지를 MEMS 소자 용 주 전원으로 이용하기에 한계가 있다. Therefore, there is a limit to the use of low energy density due to the thin film battery for a MEMS device main power than in expensive manufacturing cost.

그러나 소자가 소형화, 박막화 됨에 따라, 장착되는 전원소자도 임베디드화, 마이크로/나노화가 되어야 하는 것이 요구되므로, 크기는 박막전지 규모이나 성능은 후막에 가까워 수 mAh 수준이상의 성능을 가지는, 즉, 박막전지와 후막전지 사이의 성능을 가지는 새로운 마이크로 저장소자의 개념이 필요한 시점이다. However, the device is so compact, thin As, which is mounted the power device is also required to be upset embedded Chemistry, micro / nano Accordingly, the size film battery size and performance, with the minimum number close to the thick film mAh level of performance, that is, thin film batteries and is time to the new concept's microreservoirs having a performance between the thick-film battery.

최근, 의료분야에서부터 정보통신에 이르기까지 인체 삽입/내장형 초소형기기 및 나노로봇, 스마트 더스트와 같은 초소형 센서, 그리고 RFID 및 USN 관련 기술들은 미래의 핵심산업으로 자리매김할 것으로 예상된다. In recent years, ranging from healthcare to information and communication body inserted / embedded devices and tiny nanorobots, tiny sensors, and RFID and USN technologies such as smart dust are expected to become a key industry in the future. 그리고 이와 관련하여 핵심부품인 MEMS 기술이 적용된 새로운 전원 소자가 필요하다. And in this regard it needs new power devices are key components of MEMS technology. 즉, 한번 장착한 후에는 반영구적으로 사용이 가능하고 교체가 필요 없으며, 원격 및 자가 충전이 가능한 완전 독립형의 임베디드형 초소형 전원 소자에 대한 필요성이 대두되고 있다. That is, after mounting the permanent one is not possible to replace the need to use, there is a need for a remote and completely self-powered compact stand-alone embedded-type device capable of charging and soybeans.

본 발명은 종래 기술에서의 문제점을 개선하고 이를 바탕으로 새로운 형태의 마이크로 전원 소자를 개발하고자 하는 것으로, 음파/초음파를 주 에너지원으로 사용하는 에너지 발전 소자를 박막형의 에너지 저장 소자와 융합하여 새로운 박막형 의 반영구적인 초소형 임베디드 에너지 발전-저장 소자를 제공하고, 에너지 발전 소자 내 압전소자의 에너지 변환효율을 향상시키는 것이다. The present invention improves the problems of the prior art and fused them to be to develop a micro power supply device of a new type on the basis, the power generation device using a sonic / ultrasonic waves to the main energy source and the energy storage element of the film new film- It is to provide a storage device and to improve the energy conversion efficiency of the piezoelectric element within the power generation device-embedded semi-permanent, compact power generation.

본 발명에서는 압전체를 이용한 에너지 발전 소자와 전지를 이용한 에너지 저장 소자를 일체화된 박막형으로 구성함으로써 초소형 에너지 전원 소자의 역할을 할 수 있도록 한다. In the present invention, by configuring so that an energy storage device using the power generating device and a battery using a piezoelectric body as an integrated thin-film to serve as a very small energy supply device. 한편, 압전효율이 높은 PMN-PT, PZN-PT 또는 PML-PT를 압전체로 사용함으로써 에너지 발전 소자의 발전 효율을 높일 수 있고, 에너지 저장 소자의 경우, 후막전지공정을 박막형 전지제조에 적용함으로써 안정성을 향상시킴과 동시에 제조 공정의 단순화에 따른 제조 단가를 낮출 수 있다. On the other hand, by using the piezoelectric efficient PMN-PT, PZN-PT or PML-PT as a piezoelectric it is possible to increase the generating efficiency of the power generation device, in the case of an energy storage device, and reliability by applying a thick-film battery process for thin-film cells prepared the can at the same time improving Sikkim reduce the manufacturing cost according to simplified manufacturing processes.

본 발명에 따른 에너지 발전-저장 소자는 에너지를 생성하는 에너지 발전 소자와 생성된 에너지를 저장하는 에너지 저장 소자가 일체형 구조로 한 소자 내에 구성되어 있다. Power generation according to the invention the storage device is configured within the device is an energy storage device that stores the energy generation elements and the generated energy to generate energy by a one-piece structure. 또한, 센티미터에서 마이크로미터 범위까지 크기를 초소형화 할 수 있고, MEMS 공정을 통해 적층형, 병렬형 또는 배열형 등 다양한 형태로 제작가능하다. Further, it can be miniaturized to a size in the micrometer range in centimeters, it can be manufactured through the MEMS process in various forms such as multi-layer, parallel type or array type. 따라서 초소형 전원으로서 자가 발전이 가능하고 발전된 에너지를 스스로 저장할 수 있어서, 반영구적인 임베디드형 소자용 자가 충전형 전원 소자로 응용이 기대된다. Therefore, to be able to save themselves self power generation is possible, and energy developed as a compact power supply, the application is expected as a rechargeable power supply device for a semi-permanent self-embedded-type device. 예를 들면, 3V 급의 마이크로 전원 소자로서 인공관절이나 근육 또는 인공장기 및 인체 내 삽입형 의료기 등의 전원 소자로 사용할 수 있고, 반영구 장착식 초소형 센서 전원으로도 활용가능하다. For example, a micro-power elements of 3V class can also take advantage of the artificial joint or muscle or artificial organs and human body can be used to power devices such as implantable medical devices, semi-permanently mounted miniature sensor power.

본 발명의 일 목적을 달성하기 위한 박막형 에너지 발전-저장 소자는 압전체와 상기 압전체에 연결된 전극들을 포함하는 압전 소자 및 상기 압전 소자에 연결된 직류 변환 회로를 포함하는 에너지 발전 소자; Power generation device of the storage device comprises a direct current converter circuit connected to the piezoelectric element and the piezoelectric device including electrodes connected to the piezoelectric body and the piezoelectric-film-power generation to achieve one object of the present invention; 및 상기 에너지 발전 소자에 연 결된 에너지 저장 소자; And the connected energy storage element to the power generation element; 를 포함한다. It includes.

상기 에너지 발전 소자와 상기 에너지 저장 소자는 적층 구조 또는 병치 구조를 이룰 수 있다. The power generation element and the energy storage device can achieve a laminated structure or a co-planar arrangement structure.

상기 직류 변환 회로는 정류기와 콘덴서를 포함할 수 있다. The direct current converter circuit may include a rectifier and a capacitor.

상기 압전 소자의 상기 전극들은 상기 압전체의 마주보는 양 면 위에 나뉘어 형성되어 있거나 상기 압전체의 동일한 면 위에 형성되어 있을 수 있다. The electrodes of the piezoelectric elements may be formed or broken on a surface facing both of the piezoelectric substance is formed on the same surface of the piezoelectric body.

상기 압전체는 단결정계 무기물, 다결정계 무기물, 고분자 물질 또는 고분자 물질과 무기물의 복합체를 포함할 수 있다. The piezoelectric member may include a unity political minerals, the crystalline inorganic material, polymer material or polymer material and inorganic material of the composite.

상기 단결정계 무기물은 PMN-PT(마그네슘니오브산납-티탄산납), PZN-PT(아연니오브산납-티탄산납) 또는 PML-PT(망간리튬산납-티탄산납)을 포함할 수 있다. The united political mineral PMN-PT may include - (lead titanate manganese lithium titanate) (lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT (lead zinc niobate titanate) or PT-PML. 상기 다결정계 무기물은 PZT(Lead zirconate titanate) 또는 ZnO을 포함할 수 있다. Wherein the crystalline inorganic material may comprise PZT (Lead zirconate titanate) or ZnO. 상기 고분자 물질은 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 나피온 및 플레미온 고분자로 이루어진 그룹의 어느 하나 또는 둘 이상의 블랜드를 포함할 수 있다. The polymeric material is an ethylene, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride and ethylene copolymers, vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene in the copolymer, of vinylidene fluoride and trifluoroacetic hexafluoropropylene as polytetrafluoroethylene It may include an ethylene copolymer, Nafion and play one or more blends of the group consisting of the warm polymer. 상기 고분자 물질과 무기물의 복합체는 상기 단결정계 무기물 또는 상기 다결정계 무기물과 상기 고분자 물질의 혼합물로 형성된 필름 또는 섬유(fiber) 형태를 포함할 수 있다. Complex of the polymeric material and the inorganic material may include the unity political mineral or the multi-crystalline inorganic material and a mixture film or fiber form (fiber) formed with the polymer material.

상기 에너지 저장 소자는 서로 마주보는 양극층과 음극층 및 상기 양극층과 상기 음극층 사이의 전해질층을 포함할 수 있다. The energy storage element may comprise an anode layer and a cathode layer and an electrolyte layer between the positive electrode layer and the negative electrode layer facing each other.

상기 양극층은 전이금속 산화물, 리튬과 전이금속의 복합 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함할 수 있다. The cathode layer may include a composite oxide or a mixture of transition metal oxides, lithium and transition metal. 상기 전이금속 산화물은 리튬코발트옥사이드, 리튬망간옥사이드, 바나늄옥사이드를 포함할 수 있다. The transition metal oxide may include lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, vanadium oxide.

상기 음극층은 리튬, 실리콘-틴옥시나이트라이드, 구리 또는 이들의 블랜드를 포함할 수 있다. The cathode layer is a lithium, silicon may include a tin oxynitride, copper, or their blends.

상기 전해질층은 고분자 전해질을 포함할 수 있다. The electrolyte layer may include a polymer electrolyte. 상기 고분자 전해질은 고분자 매트릭스, 무기 첨가제 및 염을 함유하는 유기계 전해액을 포함할 수 있다. The polymer electrolyte may include an organic electrolyte solution containing a polymer matrix, an inorganic additive and salt. 상기 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부타디엔, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 전분, 한천, 및 나피온을 포함하는 그룹에서 선택된 어느 하나 또는 둘 이상의 The polymer matrix is ​​acrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyimide, polysulfone, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polybutadiene, cellulose, carboxymethyl cellulose, nylon, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride and hexafluoro copolymer, vinylidene fluoride and trifluoromethyl ethylene copolymer, vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene in the copolymer, polymethyl propylene acrylate, polyethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, the group including starch, agar, and the Nafion at least one selected from or both 공중합체 또는 이들의 블랜드를 포함할 수 있다. It may include a copolymer or blends thereof. 상기 무기 첨가제는 실리카, 탈크, 알루미나(Al 2 O 3 ), TiO 2 , 클레이(Clay) 및 제올라이트로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. The inorganic additive may include at least one selected from the group consisting of silica, talc, alumina (Al 2 O 3), TiO 2, clay (Clay), and zeolite. 상기 유기계 전해액은 에틸렌카보 네이트, 프로필렌카보네이드, 디베틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이드, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시에탄, 메틸포르메이트, 에틸포르메이트, 감마-부티로락톤을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. The organic electrolyte solution is ethylene carbonate, propylene carbonyl marinade, di betil carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonyl marinade, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethoxyethane, methyl formate, ethyl formate, gamma- is selected from the group consisting of butyrolactone may include at least one. 상기 염은 리튬퍼클로레이트(LiClO 4 ), 리튬트리플레이트(LiCF 3 SO 3 ), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF 6 ), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF 4 ) 또는 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF3SO 2 ) 2 )를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함할 수 있다. The salts are lithium perchlorate (LiClO 4), lithium triflate (LiCF 3 SO 3), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4) or lithium tri-methanesulfonyl imide fluoro ( LiN (CF3SO 2) may include at least one selected from the group comprising 2).

이하, 첨부된 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명하기로 한다. With reference to the accompanying drawings, a description of a preferred embodiment of the present invention; 그러나, 본 발명은 여기서 설명되는 실시예들에 한정되지 않고 다른 형태로 구체화될 수도 있다. However, the present invention is not limited to the embodiments set forth herein may be embodied in different forms. 오히려, 여기서 소개되는 실시예들은 개시된 내용이 철저하고 완전해질 수 있도록 그리고 당업자에게 본 발명의 사상이 충분히 전달될 수 있도록 하기 위해 제공되는 것이다. Rather, the embodiments presented here are, and to this disclosure will be thorough and complete, it is provided to ensure that the features of the present invention to those skilled in the art can be fully delivered. 도면들에 있어서, 층 및 영역들의 두께는 명확성을 기하여 위하여 과장된 것이다. In the figures, the dimensions of layers and regions are exaggerated for clarity gihayeo.

도 1은 본 발명의 일 형태에 따른 에너지 발전-저장 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is power generation in accordance with one aspect of the present invention is a block diagram illustrating a storage element. 도 1을 참조하면, 본 발명에 따른 에너지 발전-저장 소자는 크게 에너지 발전 소자(100)과 에너지 저장 소자(200)로 구성되며, 외부에서 음파나 초음파를 가하면 압전특성에 의해 에너지 발전 소자(100)에서 에너지를 생성하고 에너지 저장 소자(200)에 이를 저장한다. 1, the power generation in accordance with the present invention storage elements are significantly energy power generation device 100 and consists of an energy storage device 200, from the outside Applying a sonic or ultrasonic energy by the piezoelectric properties battery element (100 ) generates the energy in and stores it in an energy storage element (200). 따라서, 에너지 발전소자는 무선 충전부 역할을, 에너지 저장소자는 주전원부 역할을 할 수 있다. Thus, the person who plants the energy to serve the wireless charging, energy storage can be a mains role.

에너지 발전 소자(100)는 압전체 소자(110)와 직류 변환 회로(120)로 구성된다. Power generation element 100 is composed of a piezoelectric element 110 and a DC conversion circuit 120. The 압전체 소자(110)는 압전체(112)와 전극(114a, 114b)으로 이루어진다. The piezoelectric element 110 is made of the piezoelectric 112 and the electrode (114a, 114b). 압전체(112)는 단층 또는 다층으로 이루어질 수 있으며, 다층의 경우 동일한 물질 또는 다른 물질의 층들을 포함하여 구성될 수 있다. The piezoelectric body 112 may be formed of a single layer or multiple layers, in the case of a multi-layer can comprise a layer of the same material or different materials. 압전체 소자(110)의 전극(114a, 114b)은 양극(114a)과 음극(114b)으로서 직류 변환 회로(120)와 전기적으로 연결된다. Electrode of the piezoelectric element (110) (114a, 114b) are electrically connected to direct current conversion circuit 120, a positive electrode (114a) and a cathode (114b). 직류 변환 회로(120)는 압전체 소자(110)에서 생성된 교류를 직류로 변환하는 역할을 한다. DC converter circuit 120 serves to convert the alternating current generated by the piezoelectric element 110 to a direct current. 직류 변환 회로(120) 는 정류기와 콘덴서를 포함하고, 절연막 내에 형성되어 있을 수 있으며, 에너지 저장 소자(200)로 연결된다. DC converter circuit 120 may be formed in including a rectifier and a capacitor, and the insulating film and is connected to the energy storage element 200. The 도 1에서 압전체 소자(110)의 양극(114a)과 음극(114b)은 각각 압전체(112)의 마주보는 두 면에 접하여 형성되어 있으나, 이와 다르게 압전체(112)의 동일한 면에 양극과 음극이 번갈아 형성될 수 있다. A positive electrode (114a) and a cathode (114b) of piezoelectric element 110 in FIG. 1 but is formed in contact with the two surfaces facing the piezoelectric member 112, respectively, alternatively the positive electrode and the negative electrode alternately on the same surface of the piezoelectric body (112) It can be formed.

에너지 저장 소자(200)는 박막형 전지로서 구성될 수 있으며, 예를 들면, 리튬-이온 박막형 전지로 구성될 수 있다. Energy storage device 200 may be configured as a thin-film batteries, for example, a lithium-ion may be of a thin-film battery. 본 명세서에서 사용하는 "박막형 전지"란 수 마이크로미터에서 수 센티미터 두께 범위를 갖는, 후막 전지보다는 얇지만 박막 전지(Thin film battery)보다는 두꺼우며 후막 전지에 가까운 성능을 갖는 전지를 의미한다. Herein may term "thin-film cells" used in the having a several centimeters thickness in a range of microns, but thinner than the thick-film battery thicker than said thin-film battery (Thin film battery) refers to a cell having a performance close to the thick-film battery. 에너지 저장 소자(200)의 박막형 전지는 양극층(214a), 음극층(214b) 및 양극층(214a)과 음극층(214b) 사이의 전해질층(212)을 포함하여 구성될 수 있다. Thin-film cell in the energy storage device 200 can comprise an electrolyte layer 212 between the positive electrode layer (214a), the negative electrode layer (214b) and a positive electrode layer (214a) and a negative electrode layer (214b). 전해질층(220)의 반대편으로 양극층(214a)과 음극층(214b)은 집전체층(216a, 216b)과 접촉하고 있다. The other side of the positive electrode layer (214a) and a negative electrode layer (214b) of the electrolyte layer 220 is in contact with the collector layer (216a, 216b).

도 2는 본 발명의 일 형태에 따른 에너지 발전-저장 소자의 제조 방법을 설 명하기 위한 흐름도이다. 2 is power generation in accordance with one aspect of the present invention is a flow chart to describe a manufacturing method of a storage element. 먼저 에너지 저장 소자 부분의 형성(S100)을 설명한다. First will be described the formation (S100) of the energy storage element portion. 양극 집전체층 위에 수십 ㎛ 두께의 양극층을 형성한다(S110). To form an anode layer of several tens of ㎛ thickness on the positive electrode collector layer (S110). 양극 집전체층은 알루미늄, 백금, 구리 등으로 형성할 수 있고, 양극층은 리튬 코발트옥사이드, 리튬 망간옥사이드, 바나늄옥사이드 등의 전이금속 산화물, 리튬과 전이금속의 복합 산화물 및 이들의 혼합물 등으로 형성할 수 있다. The cathode current collector layer of aluminum and platinum, can be formed by copper or the like, the positive electrode layer is a lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, vanadium oxide such as transition metal oxides, lithium composite oxide of transition metal and mixtures thereof It can be formed. 이어서 음극 집전체층 위에 수십 ㎛ 두께의 음극층을 형성한다(S120). Then a cathode layer of several tens of ㎛ thickness on the negative electrode collector layer (S120). 음극층은 리튬, 탄소, 실리콘, 주석 등으로 이루어지는 군에서 선택되는 하나 또는 이들의 블랜드로 형성할 수 있다. The cathode layer can be formed by one or a blend selected from the group consisting of lithium, carbon, silicon, tin or the like. 그리고 음극층과 양극층 사이에 격리막을 배치하고 액체 전해질을 주입하거나 필름 형태의 고분자 전해질을 삽입하여 최종적으로 마이크로 에너지 저장 소자를 구성한다(S130). And the separator is arranged between the cathode layer and the anode layer and the micro energy storage element and finally injecting a liquid electrolyte or insert the film in the form of polymer electrolyte (S130).

고분자 전해질층은 고분자 매트릭스와 무기 첨가제 및 염을 함유하는 유기계 전해액을 포함한다. A polymer electrolyte layer comprises an organic electrolyte containing a polymer matrix and an inorganic additive and salt.

고분자 매트릭스는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부타디엔, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리비 닐알콜, 전분, 한천, 및 나피온으로 이루어지는 군에서 선택되는 어느 하나, 또는 이들의 Polymer matrix is ​​acrylonitrile, polyethylene, polypropylene, polyimide, polysulfone, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polybutadiene, cellulose, carboxymethyl cellulose, nylon, polyacrylonitrile, polyvinylidene fluoride fluoride, polytetrafluoroethylene, vinylidene fluoride and hexafluoropropylene copolymer, vinylidene fluoride and trifluoromethyl ethylene copolymer, vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene in the copolymer, polymethyl acrylate acrylate, polyethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, polyvinyl acetate, vinyl alcohol, starch, and from the group consisting of agar, and the Nafion any selected one, or a 중합체, 또는 이들의 블랜드로 형성할 수 있다. It can be formed of a polymer, or a blend.

무기 첨가제는 실리카, 탈크, 알루미나(Al 2 O 3 ), 이산화티탄(TiO 2 ), 클레이(Clay), 및 제올라이트로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 사용할 수 있다. Inorganic additives may be used at least one material selected from the group consisting of silica, talc, alumina (Al 2 O 3), titanium dioxide (TiO 2), clay (Clay), and zeolite.

전해질층은 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이드, 디베틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이드, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시에탄, 메틸포르메이트, 에틸포르메이트, 감마-부티로락톤으로 이루어진 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질로 형성할 수 있다. Electrolyte layer is ethylene carbonate, propylene carbonyl marinade, di betil carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonyl marinade, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethoxyethane, methyl formate, ethyl formate, gamma-butyronitrile lactone can be formed by at least one material selected from the group consisting of.

염은 리튬퍼클로레이트(LiClO 4 ), 리튬트리플레이트(LiCF 3 SO 3 ), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF 6 ), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF 4 ) 또는 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF 3 SO 2 ) 2 )와 같은 리튬염으로 이루어지는 군에서 선택되는 적어도 하나의 물질을 사용할 수 있다. Salt is lithium perchlorate (LiClO 4), lithium triflate (LiCF 3 SO 3), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4) or lithium trifluoromethane sulfonyl imide (LiN (CF 3 SO 2) 2) and can be used at least one material selected from the group consisting of lithium salt, such as.

다음으로 에너지 발전 소자의 형성 과정(S200)을 살펴보면, 먼저 에너지 발전 소자를 구성하도록 압전 소자를 형성한다(S210). Next, a look at the forming process (S200) of the power generation element, a first forming the piezoelectric element to constitute the power generation device (S210). 압전 소자는 압전체에 전극을 형성하여 완성한다. The piezoelectric element is completed by forming an electrode on the piezoelectric body. 압전체의 전극은 압전체의 마주보는 두 면에 극을 달리하여 형성하거나 압전체의 동일한 면에 형성할 수 있다. Electrode of the piezoelectric body is formed by changing the polarity, on both sides facing the piezoelectric body, or can be formed on the same surface of the piezoelectric body. 압전체의 동일한 면에 형성된 전극 구조가 압전 효율 면에서 더 우수하다. An electrode structure formed on the same surface of the piezoelectric substance is more excellent in piezoelectric efficiency. 그리고 압전 소자의 전극에 정류기와 콘덴서를 연결한다(S220). And connects the rectifier and the capacitor electrode of the piezoelectric element (S220). 정류기와 콘덴서는 교류 변환 회로를 구성하며 압전 소 자에서 형성된 교류를 직류로 변환시키는 역할을 한다. Rectifier and capacitor serves to configure the AC conversion circuit converts the alternating current into direct current is formed in the piezoelectric lowercase. 압전 소자에 직류 변환 회로가 연결됨으로써 에너지 발전 소자가 완성된다. The power generation device is finished by being a direct current converter circuit connected to the piezoelectric element.

이어서 정류기와 콘덴서를 매개로 하여 에너지 발전 소자와 에너지 저장 소자를 연결한다(S300). Is then to a rectifier and a capacitor connected to the medium power generation element and the energy storage device (S300). 마지막으로 에너지 발전-저장 소자를 패키지한다(S400). Finally, the development of energy-saving devices and package (S400). 이때, 에너지 저장소자 위에 에너지 발전소자를 적층하며 연결하거나 같은 기판 위에 에너지 발전소자와 나란히 에너지 저장소자를 부착시킨 후 패키지할 수 있다. At this time, the laminated cut energy power plant on the energy storage element and can be connected and attached packages then cut side-by-side energy storage and power generation devices on the same substrate.

에너지 발전 소자의 압전체는 단결정계 무기물, 다결정계 무기물, 고분자 물질 또는 고분자와 무기물의 복합체로 형성할 수 있다. Of the piezoelectric power generating device it can be formed of a united political minerals, the crystalline inorganic material, polymer material or polymer and the inorganic material of the composite. 단결정계 무기물로는 PMN-PT(마그네슘니오브산납-티탄산납), PZN-PT(아연니오브산납-티탄산납), PML-PT(망간리튬산납-티탄산납) 등을 사용할 수 있고, 다결정계 무기물로는 PZT(PbZrTiO), ZnO 등을 사용할 수 있으며, 고분자 물질로는 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 나피온, 플레미온 고분자 또는 이들의 블랜드 들을 사용할 수 있다. A unity political mineral is PMN-PT (lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT (lead zinc niobate-lead titanate), PML-PT - and the like (manganese lithium titanate lead titanate), and a crystalline inorganic material is PZT (PbZrTiO), can be used for ZnO, etc., polymer materials include ethylene, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride and propylene copolymers, vinylidene fluoride and trifluoroacetic hexafluoropropane as polytetrafluoroethylene an ethylene copolymer, vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene in may use an ethylene copolymer, Nafion, play lukewarm polymers or blends thereof. 고분자 무기물의 복합체 물질의 경우에는 단결정계 또는 다결정계 무기물과 고분자 물질의 혼합을 통해 제조된 필름이나 섬유(fiber) 형태를 사용할 수 있다. For the composite material of the inorganic polymer may be selected from the unity political or the crystalline inorganic material and the film or fiber (fiber) form prepared by the mixing of the polymer material. 이러한 압전 물질들은 에너지 변환 효율이 높아서 에너지 발전 소자의 효율을 향상시킬 수 있다. These piezoelectric materials can be the energy conversion efficiency is high and improve the efficiency of the energy generation element.

구체적인 실시예들에 따라 에너지 저장 소자의 형성 과정(S100)이 에너지 발전 소자의 형성 과정(S200)보다 먼저 행해질 수 있고, 또는 에너지 발전 소자의 형 성 과정(S100)이 에너지 저장 소자의 형성 과정(S200)보다 먼저 행해질 수 있다. Formation (S100) the formation of the power generation can be done elements before the forming process (S200) of, or the power generation type sex process (S100) is an energy storage device of the device of the energy storage device in accordance with the specific embodiment ( S200) can be done than before.

이하에서는 본 발명에 따른 에너지 발전-저장 소자의 제조 방법을 더욱 구체적인 실시예들을 들어 보다 상세하게 설명하고자 한다. Below the power generation according to the present invention will be described in more detail example of storing more specific embodiment a method for manufacturing a device.

실시예 1 Example 1

양극 집전체층 위에 양극층으로 리튬코발트옥사이드(LiCoO 2 )층을 형성한다. A cathode layer on the cathode current collector layer to form a lithium cobalt oxide (LiCoO 2) layer. 리튬코발트옥사이드 양극층은 약 30㎛의 두께와 1㎝×1㎝의 면적이 되도록 형성한다. Lithium cobalt oxide positive electrode layer is formed so that the area of ​​the thickness of about 30㎛ and 1㎝ × 1㎝. 그리고 음극 집전체층 위에 탄소 ×음극층을 30㎛ 두께로 1㎝×1㎝의 면적이 되도록 형성한다. And is formed such that the area of ​​the negative electrode collector layer 1㎝ × × 1㎝ the carbon negative electrode layer in the thickness over 30㎛. 양극층과 음극층 사이에 필름형의 고분자 전해질을 삽입하고 파우치로 패키징하여 에너지 저장 소자인 박막형 전지를 완성한다. Between the anode layer and the cathode layer of the film type, and inserting the polymer electrolyte to a packaging pouch to complete a thin-film cell in the energy storage element.

또한, 압전체인 PMN-PT 단결정 박막을 에폭시를 이용해서 실리콘 웨이퍼 상에 붙인 후 10㎛ 두께로 1㎝×1㎝ 면적이 되도록 패터닝을 한다. Further, the piezoelectric a PMN-PT single crystal thin film using the epoxy and the patterned such that the area to 1㎝ × 1㎝ 10㎛ thickness after stuck on the silicon wafer. 패터닝엔 유도결합 플라즈마와 같은 플라즈마 식각 공정을 사용할 수 있다. Patterning yen may be a plasma etching process such as inductively coupled plasma. 이어서 리프트 오프 방법을 이용하여 PMN-PT의 한 면에 맞물림 전극을 형성하여 압전 소자를 형성한다. Then by using a lift-off method to form an interdigitated electrode on one surface of the PMN-PT to form a piezoelectric element. 맞물림 전극(interdigitated electrode)은 복수의 원통형 또는 주형(hexagonal)의 전극들이 매트릭스 형태로 3차원으로 배치된 것을 의미한다. Interdigitated electrodes (interdigitated electrode) of a plurality of electrode means or cylindrical mold (hexagonal) are disposed in three dimensions in a matrix form. 이때 양극과 음극이 인접하도록 번갈아 배치되어 있을 수 있다. At this time, there may be arranged alternately with the positive and negative electrodes so as to be adjacent. 그리고 압전체와 전극을 포함하는 압전 소자를 정류기, 콘덴서와 연결하여 박막형 전지 위에 붙인다. And connecting the piezoelectric elements comprising a piezoelectric body and the electrode, and a rectifier, a capacitor and fitted over the thin-film battery. 이와 같이 하면, 상단의 에너지 발전 소자가 하단에 에너지 저장 소자가 위치한다. In this way, the energy storage element located on the energy generation element of the top or bottom. 그리고 에너지 발전 소자의 정류기와 콘덴서 부분은 에너지 저장 소자와 연결되는 부분에 위치한 다. And rectifier and a condenser portion of the power generating element is located in the part connected to the energy storage element. 이와 같이 하여 1㎝×1㎝ 면적에 두께 150㎛, 에너지 변환효율 5% 이상, 출력밀도 0.05mW/mm 3 이상, 양극용량 0.3mAh/mm 3 이상의 에너지 발전-저장 일체형 소자를 구성할 수 있다. Thus 1㎝ × 1㎝ 150㎛ thickness to the area, an energy conversion efficiency of 5% or more, the output density 0.05mW / mm 3 or more, positive electrode capacity 0.3mAh / mm 3 or more power generation - may constitute a one-piece storage device. 이때 최종 단자는 에너지 저장 소자에서 뽑을 수 있다. The end-terminal may be drawn from the energy storage element.

실시예 2 Example 2

2㎝×1㎝ 면적의 실리콘 기판 위에 PMN-PT 단결정 박막을 에폭시를 이용해서 붙인 후 10㎛ 두께로 1㎝×1㎝ 면적이 되도록 패터닝한다. On a silicon substrate of 2㎝ × 1㎝ area then attached using an epoxy a PMN-PT single crystal thin film is patterned such that the area to 1㎝ × 1㎝ 10㎛ thickness. 패터닝은 플라즈마 식각 공정을 이용할 수 있다. Patterning may use a plasma etch process. 그리고 리프트 오프 공정을 이용하여 맞물림 전극을 PMN-PT 표면에 형성하고 단결정 박막을 정류기, 콘덴서를 포함하는 직류 변환 회로와 결합하여 에너지 발전 소자를 형성한다. And by using a lift-off process to form the interdigitated electrodes in the PMN-PT single crystal thin-film surface and combine with the direct-current converter circuit comprising a rectifier, a condenser to form a power generating element.

실시예 1에서와 동일한 방법으로 제조한 1㎝×1㎝ 크기의 박막형 전지를 실리콘 기판 위의 에너지 발전기 소자와 나란히 병치하여 구성한다. The same method 1㎝ × 1㎝ size of the thin-film battery prepared as in Example 1 is formed by side by side juxtaposed to the energy generator elements on the silicon substrate. 최종적으로 2㎝×1㎝ 면적에 두께 150㎛의 에너지 발전-저장 소자를 구성한다. Finally, power generation having a thickness in 150㎛ 2㎝ × 1㎝ area - constitute a storage element. 이때 최종 단자는 저장소자 부분에서 뽑을 수 있다. The end-terminal may be drawn from the storage element portion.

실시예 3 Example 3

양극층으로서 리튬코발트 옥사이드 대신에 약 30㎛ 두께의 바나듐 옥사이드를 사용하여 실시예 1, 2 에서와 동일한 방법으로 에너지 발전-저장 소자를 제조할 수 있다. Carried out by using a vanadium oxide thickness of about 30㎛ instead of lithium cobalt oxide as the positive electrode layer in Example 1, power generation in the same way as with the 2-can be prepared for storage elements.

실시예 4 Example 4

양극층으로서 리튬코발트 옥사이드 대신에 약 30㎛ 두께의 리튬망간 옥사이 드를 사용하여 실시예 1, 2 에서와 동일한 방법으로 에너지 발전-저장 소자를 제조할 수 있다. Carried out using a lithium manganese oksayi DE of about 30㎛ thickness in place of the lithium cobalt oxide as the positive electrode layer in Example 1, power generation in the same way as with the 2-can be prepared for storage elements.

실시예 5 Example 5

에너지 저장 소자에서 양극을 기둥형의 3차원 구조를 지니는 30㎛ 두께의 리튬코발트옥사이드로 형성하고 음극 역시 기둥형의 3차원 구조를 지니는 30㎛ 두께의 실리콘-틴옥사이드를 사용하여 형성한다. To form a positive electrode in the energy storage element in a three-dimensional lithium cobalt oxide of 30㎛ thickness having a structure of columnar negative electrode and also the 30㎛ thickness having a three-dimensional structure of the columnar silicon-formed using the tin oxide. 나머지 부분은 실시예 1에서와 동일한 방법으로 에너지 발전-저장 소자를 형성할 수 있다. The remainder of power generation in the same way as in Example 1 to form a storage element.

실시예 6 Example 6

기둥형의 3차원 구조를 지니는 30㎛ 두께의 리튬코발트 옥사이드 양극과 역시 기둥형의 3차원 구조를 지니는 30㎛ 두께의 실리콘-틴옥사이드 음극을 형성한다. 30㎛ of thickness having a three-dimensional structure of the columnar positive electrode of lithium cobalt oxide and also the silicon 30㎛ thickness having a three-dimensional structure of a columnar-tin oxide to form a cathode. 그리고 양극과 음극 사이에 가소화된 고분자 전해질(20중량% 폴리비닐리덴플루오라이드, 5중량% 실리카, 75중량% 액체전해질: 1M LiPF 6 in EC/DMC)을 아세톤 공용매에 녹여 고점성의 액체로 만들어 주입한다. And an anode and a polymer electrolyte between the cathode plasticizer: (20% by weight of polyvinylidene fluoride, 5 wt% silica, 75 wt.% Liquid electrolyte 1M LiPF 6 in EC / DMC) with peak Castle liquid dissolved in acetone co-solvent created to inject. 나머지는 실시예 1에서와 동일한 방법으로 에너지 발전-저장 소자를 제조할 수 있다. The rest power generation in the same way as in Example 1 can be prepared for storage elements.

실시예 7 Example 7

에너지 발전 소자의 압전체를 PMN-PT 대신 두께 수십 ㎛ 이하의 PZN-PT 혹은 PZT나 ZnO를 사용하여 형성한다. The piezoelectric body of the power generation element is formed using a PZT or PZN-PT and PMN-PT or less of ZnO instead of tens ㎛ thickness. 그 외에는 실시예 2와 동일한 방법으로 에너지 발전-저장 소자를 제조할 수 있다. Otherwise, power generation in the same manner as in Example 2 can be prepared for storage elements.

실시예 8 Example 8

에너지 발전 소자의 압전체를 두께 수십 ㎛ 이하의 폴리비닐리덴플루오라이드 필름 라미네이션(10장의 폴리비닐리덴플루오라이드를 붙인 것)을 사용여 형성한다. The piezoelectric body of the power generation element is formed than using a polyvinylidene fluoride film laminated (attached to the 10 sheets of polyvinylidene fluoride) of less than several tens of ㎛ thickness. 그 외에는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 에너지 발전-저장 소자를 제조할 수 있다. Otherwise, power generation in the same way as in Example 2 can be prepared for storage elements.

실시예 9 Example 9

에너지 발전 소자의 압전체를 두께 수십 ㎛ 이하의 폴리비닐리덴플루오라이드/PZT(70중량%/30중량%) 복합체 필름을 사용하여 형성한다. The piezoelectric body of the power generation element is formed of a polyvinylidene fluoride / PZT (70 wt% / 30 wt%) composite film having a thickness of less than several tens of ㎛. 그 외에는 실시예 2에서와 동일한 방법으로 에너지 발전-저장 소자를 제조할 수 있다. Otherwise, power generation in the same way as in Example 2 can be prepared for storage elements.

앞에서 살펴본 바와 같이 본 발명에 따른 박막형 에너지 발전-저장 소자는 에너지를 생성하는 에너지 발전 소자와 생성된 에너지를 저장하는 에너지 저장 소자가 일체형 구조로 단일 소자로 구성되어 있다. Foil-type energy according to the present invention As previously discussed power-storage device is an energy storage element for storing the energy generation elements and the generated energy to generate the energy is configured as a one-piece structure as a single element. 또한, 센티미터에서 마이크로미터 범위까지 크기를 초소형화 할 수 있고, MEMS 공정을 통해 적층형, 병렬형 또는 배열형 등 다양한 형태로 제작가능하다. Further, it can be miniaturized to a size in the micrometer range in centimeters, it can be manufactured through the MEMS process in various forms such as multi-layer, parallel type or array type. 따라서 초소형 전원으로서 음파/초음파에 의한 무선충전에 의해서 자가 발전이 가능하고 발전된 에너지를 스스로 저장할 수 있어서, 반영구적인 임베디드형 소자용 자가 충전형 전원 소자로 응용이 기대된다. Therefore, in the self-development as a compact power source by the wireless charge according to the acoustic / ultrasonic wave, and it can be developed to store energy itself, for semi-permanent self-embedded-type device is expected to be applied to the charging power supply device. 예를 들면, 3V 급의 마이크로 전원 소자로서 인공관절이나 근육 또는 인공장기 및 인체 내 삽입형 의료기 등의 전원 소자로 사용할 수 있고, 반영구 장착식 초소형 센서 전원으로도 활용가능하다. For example, a micro-power elements of 3V class can also take advantage of the artificial joint or muscle or artificial organs and human body can be used to power devices such as implantable medical devices, semi-permanently mounted miniature sensor power.

한편, 본 발명에 따른 에너지 발전 소자는 압전체로서 PZT-PT 등과 같은 음파, 초음파에 대한 감도가 우수한 물질을 사용함으로써 에너지 변환 효율이 현저하 게 개선된다. Meanwhile, the power generation device according to the present invention is to improve the energy conversion efficiency is lowered current by using the sound waves, the sensitivity is excellent material for the ultrasound, such as PZT as a piezoelectric-PT.

에너지 저장 소자의 경우 3차원 구조인 맞물림 전극을 도입하여 전극의 반응 표면적으로 증가시킴으로써 용량의 이용율이 향상되며, 기존의 까다로운 리폰 증착 공정 대신 성능이 향상된 기존의 전해질 공정을 사용함으로써 에너지 저장 소자의 대량생산 및 저가화가 가능하다. If the energy storage element introducing the interdigitated electrodes three-dimensional structure improves the utilization ratio of the capacity by increasing the reaction surface area of ​​the electrode it is, a large amount of the energy storage element by the conventional rigid Rippon performance instead of the deposition process using the improved conventional electrolytic process production and cost reduction is possible.

이상, 본 발명을 바람직한 실시예를 들어 상세하게 설명하였으나, 본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고, 본 발명의 기술적 사상 및 범위 내에서 당 분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의하여 여러가지 변형 및 변경이 가능하다. Above, although described in the present invention a preferred embodiment example in detail, the present invention is not limited to the above embodiments, and various variations and modifications by those skilled in the art within the spirit and scope of the invention this is possible.

도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 발전-저장 소자의 구조를 개략적으로 도시한 도면이다. 1 is power generation in accordance with a preferred embodiment of the present invention is a block diagram illustrating a storage element.

도 2는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 에너지 발전-저장 소자의 제조 방법을 설명하기 위한 흐름도이다. Figure 2 is a power generation according to an embodiment of the present invention, a flow diagram illustrates a method of manufacturing the storage device.

Claims (20)

  1. 압전체와 상기 압전체에 연결된 전극들을 포함하는 압전 소자 및 상기 압전 소자에 연결된 직류 변환 회로를 포함하는 에너지 발전 소자; Power generating device comprising a piezoelectric element and a direct current converter circuit connected to the piezoelectric device including electrodes connected to the piezoelectric member and said piezoelectric member; And
    상기 에너지 발전 소자에 연결된 에너지 저장 소자; An energy storage element coupled to said energy generation elements; 를 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. Thin-film energy generation that includes - saving device.
  2. 제1 항에 있어서, 상기 에너지 발전 소자와 상기 에너지 저장 소자는 적층 구조 또는 병치 구조를 이루는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 1, wherein the power generation element and the energy storage element is a film-like power generating forming a laminated structure or a co-planar arrangement structure-storage element.
  3. 제1 항에 있어서, 상기 직류 변환 회로는 정류기와 콘덴서를 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 1, wherein the direct current conversion circuit thin-film power generation including a rectifier and a capacitor-storage element.
  4. 제1 항에 있어서, 상기 압전 소자의 상기 전극들은 상기 압전체의 마주보는 양 면 위에 형성되어 있는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 1, wherein the electrode of the piezoelectric thin-film devices are power generation, which is formed on a surface facing both of the piezoelectric-storage element.
  5. 제1 항에 있어서, 상기 압전 소자의 상기 전극들은 상기 압전체의 동일한 면 위에 형성되어 있는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 1, wherein the electrode of the piezoelectric thin-film devices are power generation, which is formed on the same surface of the piezoelectric-storage element.
  6. 제1 항에 있어서, 상기 압전체는 단결정계 무기물, 다결정계 무기물, 고분자 물질 또는 고분자 물질과 무기물의 복합체를 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 1, wherein the piezoelectric body is united political minerals, the crystalline inorganic material, polymer material or a thin-film power generation containing a complex of a polymer material and the inorganic material-storage element.
  7. 제6 항에 있어서, 상기 단결정계 무기물은 PMN-PT(마그네슘니오브산납-티탄산납), PZN-PT(아연니오브산납-티탄산납) 또는 PML-PT(망간리튬산납-티탄산납)을 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 6, wherein the unity political inorganic material PMN-PT thin film including a (lead titanate manganese lithium titanate) (lead magnesium niobate-lead titanate), PZN-PT (lead zinc niobate titanate), or a PML-PT energy development - storage devices.
  8. 제6 항에 있어서, 상기 다결정계 무기물은 PZT(Lead zirconate titanate) 또는 ZnO을 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 6, wherein the crystalline inorganic material is a thin-film power generation including a PZT (Lead zirconate titanate) or ZnO - storage element.
  9. 제6 항에 있어서, 상기 고분자 물질은 폴리테트라플루오로에틸렌, 폴리비닐리덴플루오라이드, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 나피온 및 플레미온 고분자로 이루어진 그룹의 어느 하나 또는 둘 이상의 블랜드를 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 6 wherein said polymeric material is polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, vinylidene fluoride and a copolymer of hexafluoropropylene, vinylidene fluoride and a copolymer of ethylene trifluoromethyl, vinylidene Foil-type energy generation including an ethylene copolymer, Nafion and play one or more blends of the group consisting of the warm polymer by fluoride with tetra-fluoro-storage element.
  10. 제6 항에 있어서, 상기 고분자 물질과 무기물의 복합체는 상기 단결정계 무기물 또는 상기 다결정계 무기물과 상기 고분자 물질의 혼합물로 형성된 필름 또는 섬유(fiber) 형태를 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 6, wherein the composite of the polymer material and mineral is the unity political inorganic thin film or the multi-energy comprising a crystalline inorganic material and a mixture of a film or fiber (fiber) type formed of a polymer material of the power-storage device.
  11. 제1 항에 있어서, 상기 에너지 저장 소자는 서로 마주보는 양극층과 음극층 및 상기 양극층과 상기 음극층 사이의 전해질층을 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 1, wherein the energy storage element is a positive electrode layer and negative electrode layer facing each other and a film-like power generating containing electrolyte layer between the anode layer and the cathode layer, a storage element.
  12. 제11 항에 있어서, 상기 양극층은 전이금속 산화물, 리튬과 전이금속의 복합 산화물 또는 이들의 혼합물을 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. 12. The method of claim 11, wherein the anode layer is film-like power generation including a composite oxide or a mixture of transition metal oxides, lithium and transition metal-storage element.
  13. 제12 항에 있어서, 상기 전이금속 산화물은 리튬코발트옥사이드, 리튬망간옥사이드, 바나늄옥사이드를 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 12, wherein the film-like power generation to the transition metal oxide include lithium cobalt oxide, lithium manganese oxide, vanadium oxide-storage element.
  14. 제11 항에 있어서, 상기 음극층은 리튬, 실리콘-틴옥시나이트라이드, 구리 또는 이들의 블랜드를 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. 12. The method of claim 11, wherein the cathode layer is a lithium, silicon-tin oxynitride, or a copper thin-film power generation comprising a blend thereof - storage element.
  15. 제11 항에 있어서, 상기 전해질층은 고분자 전해질을 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. 12. The method of claim 11, wherein the electrolyte layer is film-like power generation including a polymer electrolyte-storing element.
  16. 제15 항에 있어서, 상기 고분자 전해질은 고분자 매트릭스, 무기 첨가제 및 염을 함유하는 유기계 전해액을 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. The method of claim 15, wherein the polymer electrolyte is film-power generation, including an organic electrolyte solution containing a polymer matrix, an inorganic additive and the salt-storage element.
  17. 제16 항에 있어서, 상기 고분자 매트릭스는 폴리에틸렌, 폴리프로필렌, 폴리 이미드, 폴리설폰, 폴리우레탄, 폴리염화비닐, 폴리스티렌, 폴리에틸렌옥사이드, 폴리프로필렌옥사이드, 폴리부타디엔, 셀룰로오스, 카르복시메틸셀룰로오스, 나일론, 폴리아크릴로니트릴, 폴리비닐리덴플루오라이드, 폴리테트라플루오로에틸렌, 비닐리덴플루오라이드와 헥사플루오로프로필렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 트리플루오로에틸렌의 공중합체, 비닐리덴플루오라이드와 테트라플루오로에틸렌의 공중합체, 폴리메틸아크릴레이트, 폴리에틸아크릴레이트, 폴리메틸메타크릴레이트, 폴리에틸메타크릴레이트, 폴리부틸아크릴레이트, 폴리부틸메타크릴레이트, 폴리비닐아세테이트, 폴리비닐알콜, 전분, 한천, 및 나피온을 포함하는 그룹에서 선택된 어느 17. The method of claim 16 wherein the polymer matrix include polyethylene, polypropylene, polyimide, polysulfone, polyurethane, polyvinyl chloride, polystyrene, polyethylene oxide, polypropylene oxide, polybutadiene, cellulose, carboxymethyl cellulose, nylon, poly acrylonitrile, polyvinylidene fluoride, polytetrafluoroethylene, polyvinylidene fluoride, and ethylene copolymers, vinylidene fluoride and tetrafluoroethylene in the copolymer, of vinylidene fluoride and trifluoroacetic hexafluoropropylene ethylene copolymer, polymethyl acrylate, polyethyl acrylate, polymethyl methacrylate, polyethyl methacrylate, polybutyl acrylate, polybutyl methacrylate, polyvinyl acetate, polyvinyl alcohol, starch, agar, and or one selected from the group consisting of a Nafion 나 또는 둘 이상의 공중합체 또는 이들의 블랜드를 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. Foil-type energy generation containing or or two or more copolymers, or blends thereof - storage element.
  18. 제16 항에 있어서, 상기 무기 첨가제는 실리카, 탈크, 알루미나(Al 2 O 3 ), TiO 2 , 클레이(Clay) 및 제올라이트로 이루어지는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. 17. The method of claim 16 wherein the inorganic additive is silica, talc, alumina (Al 2 O 3), TiO 2, clay thin film type power generation comprising at least one selected from the group consisting of (Clay), and zeolite-storage element.
  19. 제16 항에 있어서, 상기 유기계 전해액은 에틸렌카보네이트, 프로필렌카보네이드, 디베틸카보네이트, 디에틸카보네이트, 에틸메틸카보네이드, 테트라하이드로퓨란, 2-메틸테트라하이드로퓨란, 디메톡시에탄, 메틸포르메이트, 에틸포르메이트, 감마-부티로락톤을 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 박막형 에 너지 발전-저장 소자. 17. The method of claim 16 wherein the organic electrolyte solution is ethylene carbonate, propylene carbonyl marinade, di betil carbonate, diethyl carbonate, ethyl methyl carbonyl marinade, tetrahydrofuran, 2-methyl tetrahydrofuran, dimethoxyethane, methyl formate, ethyl formate, gamma-butyric least one energy developed in the thin film containing the element selected from the group consisting of a lactone-storage element.
  20. 제16 항에 있어서, 상기 염은 리튬퍼클로레이트(LiClO 4 ), 리튬트리플레이트(LiCF 3 SO 3 ), 리튬헥사플루오로포스페이트(LiPF 6 ), 리튬테트라플루오로보레이트(LiBF 4 ) 또는 리튬트리플루오로메탄설포닐이미드(LiN(CF 3 SO 2 ) 2 )를 포함하는 그룹에서 선택되는 적어도 하나를 포함하는 박막형 에너지 발전-저장 소자. 17. The method of claim 16 wherein the salt is lithium perchlorate (LiClO 4), lithium triflate (LiCF 3 SO 3), lithium hexafluorophosphate (LiPF 6), lithium tetrafluoroborate (LiBF 4) or lithium trifluoroacetate methanesulfonyl a thin-film power generation comprising at least one selected from the group comprising the imide (LiN (CF 3 SO 2) 2) - storage element.
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